需要两把钥匙打开三把锁才能更好地设计血管
由干细胞改造的血管可以帮助解决一些研究和临床问题，从可能提供一个更全面的平台来筛选候选药物是否可以从血流进入大脑，到开发实验室培养的血管组织，宾夕法尼亚州立大学的研究人员表示，支持心脏移植。在生物医学工程和生物学副教授Xiaojun “Lance” Lian的带领下，该团队发现了特定的分子信号，可以有效地将新生干细胞成熟为构成血管并调节进出血流的交换的内皮细胞。
他们今天(3 月 21 日)在干细胞报告中发表了他们的发现。该团队已经拥有 10 年前开发的基础方法的专利，并已针对本文所述的扩展技术提交了临时申请。
研究人员发现，通过将 SOX17 和 FGF2 两种蛋白质应用于人类多能干细胞，他们可以实现高达 92% 的内皮细胞转化率。研究人员从联邦批准的干细胞系中衍生出这种类型的干细胞，如果提供正确的蛋白质或其他生化信号，它可以分化成几乎任何其他细胞类型。 SOX17 和 FGF2 与干细胞中的三个标记物结合，触发生长级联，不仅将它们转化为内皮细胞，而且使它们能够在培养皿中形成管状血管。
Lian 表示，更有效的分化和实验室培养的血管可以让研究人员培育人工血脑屏障，以测试正在开发的神经药物。其他最终的临床用途可能包括在心脏损伤后重建血管结构。
“用于治疗脑部疾病的药物需要通过血脑屏障才能发挥作用，”连说。血脑屏障是一层布满血管的膜，负责调节从血液进入大脑的物质。 “我们的细胞可以在培养皿中形成紧密的层，我们可以在其上添加各种化学物质并观察它们如何通过。”
连说，下一步，团队将与行业合作伙伴合作推进人工血脑屏障，并开始测试各种药物。然而，要达到这一点，需要十年的时间来研究干细胞如何转化为内皮细胞的分子机制。
“2014 年，我们发表了一项使用小分子的方案，可以帮助细胞在大约 20% 的情况下分化，但我们现在发现，仅一个基因 SOX17 就足以将大约 80% 的细胞分化为内皮细胞。细胞，”宾夕法尼亚州立大学生物医学工程和生物学副教授 Lian 说。 “那是完全未知的。”
在他们之前的干细胞分化过程中，低效率导致了异质细胞群，使得它们难以分类并难以获得足够的用于其他研究或临床应用。 Lian 解释说，研究人员知道其中一些细胞是内皮细胞，但他们无法预测其他细胞类型。
为了形成更加同质的群体，研究人员检查了在此过程中发挥作用的蛋白质。他们首先注意到细胞在分化过程中表达 SOX17，因此他们消除了细胞表达该蛋白质的能力，并分析了它的缺失如何改变功能。
“在敲低 SOX17 表达之前，大约 20% 的干细胞会变成内皮细胞，”Lian 说，“之后，分化最多下降到 5% 左右。我们发现此过程需要 SOX17。这是一个幸运且令人惊讶的发现。”
添加SOX17后，80%的干细胞可以分化。但研究人员希望做得更好，连说。干细胞产生三种标记物，但 SOX17 仅触发其中两种标记物开始分化过程。第三个标记称为 CD31，仅在暴露于 SOX17 时不起作用。
“这对我们来说是一个问题。我们花了两到三年的时间来弄清楚原因，”Lian 说，并解释说，另一种名为 FGF2 的蛋白质可以诱导该标记，而不影响 SOX17 对其他两个标记的影响。这种组合使高达 92% 的干细胞分化为内皮细胞——比研究人员最初的方法效率提高了 350% 以上。 “有时候科学很困难，但我们不会放弃。”
当所有三个标记被激活时，分化的细胞可以在培养皿中形成管状血管。它们还可以吸收蛋白质，就像体内的血管一样。研究人员通过诱导炎症来测试这种能力，看看内皮细胞是否能够检测到相关的蛋白质信号——他们可以。
“我们的细胞确实具有功能，”Lian 说。 “利用 SOX17 和 FGF2，我们可以准确地确定这些干细胞的命运，从而满足我们的需要。”
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